JP2016072216A - 固体酸化物形燃料電池セルスタック - Google Patents

Abstract

【課題】 逆電池の形成が抑制され、高い導電性を有する、発電性能に優れた固体酸化物形燃料電池セルスタックの提供。
【解決手段】 支持体と、当該支持体の表面に、燃料極、固体電解質および空気極が少なくとも順次積層されてなる複数の発電素子と、前記複数の発電素子のうちの隣接する一方の発電素子の空気極と、他方の発電素子の燃料極とを電気的に接続するインターコネクタとを少なくとも有し、前記複数の発電素子が直列に接続されてなる固体酸化物形燃料電池セルスタックであって、一方の発電素子の燃料極と前記他方の発電素子の燃料極との間に、一方の発電素子の固体電解質が設けられてなり、前記一方の発電素子の固体電解質の上であって、かつ、前記一方の発電素子の空気極と当該固体電解質との間に絶縁部が設けられてなる、固体酸化物形燃料電池セルスタック。
【選択図】図３

Description

本発明は、固体酸化物形燃料電池セルスタックに関する。具体的には、逆電池の形成が抑制され、高い導電性を有する、発電性能に優れた固体酸化物形燃料電池セルスタックに関する。

燃料電池は、熱エネルギーや運動エネルギーの過程を経由する熱機関と異なり、天然ガスや水素などの燃料を、固体電解質を介して空気中の酸素と反応させ、燃料の持っている化学エネルギーから連続的に直接電気エネルギーを得るエネルギー変換器である。その中で、固体酸化物形燃料電池は、固体電解質として固体酸化物（セラミック）を用い、燃料極を負極、空気極を正極とした電池として作動する燃料電池である。また、固体酸化物形燃料電池は高いエネルギー変換効率が得られるという利点を有するものとして知られている。

固体酸化物形燃料電池は、単電池あたりの出力が小さいため、複数の単電池を直列に接続することによって出力を高めて発電を行っている。隣接する単電池を電気的に接続する部材はインターコネクタと呼ばれている。その材料として、セラミックを用いたインターコネクタ（以下、セラミックインターコネクタとも言う）が知られている。セラミックインターコネクタの特性として、ガスを透過させないガスシール性、導電性、酸化物イオン絶縁性、および固体電解質との密着性が求められている。

一般に、セラミックインターコネクタは厚みが薄くないと（例えば、おおよそ１００μｍ以下）十分な導電性が得られない。しかしながら、十分な導電性を得るためにセラミックインターコネクタの厚みを薄くし、このような厚みの薄いセラミックインターコネクタを多孔質な電極（燃料極や空気極）の表面に形成しようとすると、多孔質な電極にセラミックインターコネクタが取り込まれてしまうおそれがある。これにより、セラミックインターコネクタを形成できないおそれや、形成できたとしても薄いためガスシール性が十分に得られないおそれがある。

セラミックインターコネクタのガスシール性が低いと、燃料ガスがセラミックインターコネクタの燃料極側から空気極側に漏れてしまい、空気と混ざってしまうため好ましくない。セラミックインターコネクタのガスシール性を高めるためには、セラミックインターコネクタの緻密性を高める必要があり、セラミックインターコネクタを緻密に焼結することが求められる。また、セラミックインターコネクタの導電性が低いと、セラミックインターコネクタの抵抗が大きくなり、燃料電池の出力が低下してしまう。さらに、セラミックインターコネクタの酸化物イオン絶縁性が低いと、セラミックインターコネクタの空気極側から燃料極側に酸化物イオンがリークしてしまい、燃料電池の効率が低下してしまう。加えて、固体電解質とセラミックインターコネクタとの密着性が低いと、固体電解質とセラミックインターコネクタとの間にクラック等の隙間が生じてしまい、この隙間から燃料ガスが漏れてしまう。

セラミックインターコネクタの材料として、ランタンクロマイト（ＬａＣｒＯ_３）系インターコネクタが広く用いられている。このＬａＣｒＯ_３系インターコネクタは、一般に導電性は高いが、焼結が困難であることが知られている。また、クロム（Ｃｒ）を含むため、いわゆるＣｒ被毒が発生するおそれがある。

また、セラミックインターコネクタの材料として、ＳｒＬａＴｉＯ_３−δで表されるＳＬＴ系インターコネクタが広く用いられている。このＳＬＴ系インターコネクタは、ＬａＣｒＯ_３系インターコネクタに比べ、導電性が低いが、焼結性が良好であることが知られている。ＳＬＴ系インターコネクタは、例えば、絶縁体であるＳｒＴｉＯ_３の結晶格子中のＳｒサイトをランタン（Ｌａ）で置換し、ＳｒＬａＴｉＯ_３−δ（ＳＬＴ）とすることで、ＳｒＬａＴｉＯ_３−δ（ＳＬＴ）の結晶格子中のＴｉサイトのＴｉ^４＋を一部Ｔｉ^３＋に変化させることによって導電性を発現させている。なお、δは電荷中性条件を満たすように定まる値である。

特開2008-270203号公報（特許文献１）は、気密性を良好に保ちながら、導電性の向上及び電解質層との密着性の向上を同時に実現するＳＬＴ系インターコネクタの提供を目的としている。この目的を実現するために、このセラミックインターコネクタを、燃料極側に形成される気密性重視部分と、空気極側に形成され、気密性重視部分よりも導電率が高い導電性重視部分との２層構造とすることが記載されている。また、この文献の図２によれば、隣接する一方の発電素子の燃料極と他方の発電素子の燃料極との間に固体電解質を形成することが記載されている。

しかしながら、図４に示す従来の固体酸化物形燃料電池セルスタックのように、隣接する一方の発電素子の空気極３０６が他方の発電素子の燃料極３０２と近づくと、当該空気極３０６と一方の発電素子の固体電解質３０４との界面で発生した酸化物イオンが他方の発電素子の燃料極３０２に流れる。これにより、本来発電素子で発生する起電力に対して逆方向に起電力が発生する逆電池が形成され、発電性能が低下してしまう。

従って、本発明者らの知る限りでは、逆電池の形成を抑制することにより高い発電出力を可能とした発電素子からなる固体酸化物形燃料電池セルスタックの製造は未だ実現されていない。

特開2008-270203号公報

本発明者らは、今般、隣接する燃料極間に固体電解質が設けられた固体酸化物形燃料電池セルスタックにおいて、隣接する一方の発電素子の固体電解質の上であって、かつ、一方の発電素子の空気極と当該固体電解質との間に絶縁部を設けることにより、逆電池の形成を抑制できるとの知見を得た。その結果、発電性能に優れた、すなわち高い発電出力を有する固体酸化物形燃料電池セルスタックを製造することが可能となるとの知見を得た。本発明は以上の知見に基づくものである。

従って、本発明は、逆電池の形成が抑制され、高い導電性を有する、発電性能に優れた固体酸化物形燃料電池セルスタックの提供をその目的としている。

そして、本発明による固体酸化物形燃料電池セルスタックは、
支持体と、
当該支持体の表面に、燃料極、固体電解質および空気極が少なくとも順次積層されてなる複数の発電素子と、
前記複数の発電素子のうちの隣接する一方の発電素子の空気極と、他方の発電素子の燃料極とを電気的に接続するインターコネクタと
を少なくとも有し、前記複数の発電素子が直列に接続されてなる固体酸化物形燃料電池セルスタックであって、
一方の発電素子の燃料極と前記他方の発電素子の燃料極との間に、一方の発電素子の固体電解質が設けられてなり、
前記一方の発電素子の固体電解質の上であって、かつ、前記一方の発電素子の空気極と当該固体電解質との間に絶縁部が設けられてなることを特徴とするものである。

本発明による横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックの正面図である。 本発明による固体酸化物形燃料電池セルスタックを構成する発電素子近傍の断面模式図である。 本発明による固体酸化物形燃料電池セルスタックの好ましい態様であって、隣接する一方の発電素子の固体電解質の上であって、かつ、一方の発電素子の空気極と当該固体電解質との間に絶縁部が設けられた構成を示す断面図である。 従来の固体酸化物形燃料電池セルスタックの態様を示す断面図である。

定義
本発明による固体酸化物形燃料電池セルスタックとは、絶縁部を有し、インターコネクタと空気極との配置が後記する要件を満たすものであること以外は、燃料極、固体電解質および前記空気極が少なくとも順次積層されてなる複数の発電素子と、これらのうちの隣接する一方の発電素子の空気極と他方の発電素子の燃料極とを電気的に接続する前記インターコネクタとを少なくとも有してなる、当業界において通常固体酸化物形燃料電池セルスタックと分類または理解されるものと同一のものを意味する。また、本発明による固体酸化物形燃料電池セルスタックは、その形状も限定されず、例えば円筒状、内部にガス流路を複数形成した中空板状などであってもよい。

本発明による固体酸化物形燃料電池セルスタックは、いわゆる横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックを意味する。本発明において、横縞型固体酸化物形燃料電池とは、１つの支持体の表面に複数の発電素子が形成されている固体酸化物形燃料電池を意味する。

本発明において、固体酸化物形燃料電池セルスタックとは、発電素子が複数集合したものを意味する。

本発明の固体酸化物形燃料電池セルスタックを用いた固体酸化物形燃料電池システムは、特定のものに限定されず、その製造方法やこれを構成する他の材料等はいずれも公知のものを使用することができる。

発電素子
本発明による固体酸化物形燃料電池セルスタックは複数の発電素子を有し、この発電素子が直列に接続されてなるものである。発電素子は、燃料極、固体電解質、および空気極が順次積層された積層体である。

支持体
本発明による固体酸化物形燃料電池セルスタックは支持体を有する。支持体の表面に複数の発電素子が直列に形成される。本発明では、このような支持体として、多孔質であり、ガス透過性を有し、発電素子を支持するための機械的強度を有し、そして電気絶縁性を有するものであれば、特に限定されず用いることができる。支持体の材料としては、ＭｇＯ、カルシア安定化ジルコニア（ＣＳＺ）、フォルステライトからなる群から選ばれる一種以上を用いることができる。支持体の好ましい厚さは０．５〜２ｍｍである。

内側電極および外側電極
本発明において、燃料極は内側電極であってもよく、外側電極であってもよい。つまり、発電素子は内側電極としての燃料極、固体電解質、および外側電極としての空気極が少なくとも積層された積層体であってもよい。あるいは、発電素子は内側電極としての空気極、固体電解質、および外側電極としての燃料極が少なくとも積層された積層体であってもよい。

本発明の好ましい態様によれば、内側電極は燃料極である。その理由は次の通りである。すなわち、支持体ならびに集電層はガス透過性が良好な多孔質構造を採用する。支持体は発電素子の構造を保持する必要がある。そのため、支持体は導電性だけが要求される集電層より厚くなる。つまり、支持体は集電層よりガスの透過性は悪くなる傾向がある。また、酸素ガスと水素ガスの拡散速度を比較すると、一般に水素ガスの方が酸素ガスより数倍速い。これらのことから、内側電極が空気極である場合は、支持体を水素に比べて透過し難い酸素が透過することとなるので、内側電極が燃料極である場合と比較すると、ガス拡散過電圧が大きくなる。その結果、発電性能が低下する傾向にある。従って、内側電極が燃料極である場合の方が発電性能に優れる。なお、内側電極が燃料極である場合、外側電極は空気極となる。

燃料極
本発明において、燃料極は、燃料ガスを透過させるための多孔性、水素を吸着させる触媒活性（電極活性）、導電性、および酸化物イオン伝導性を有する。燃料極の多孔性は支持体のそれより小さくてもよい。

このような燃料極を構成する材料として、例えばＮｉＯ／ジルコニウム含有酸化物、ＮｉＯ／セリウム含有酸化物などが挙げられ、少なくともこれらのいずれかを含んでなる。ここで、ＮｉＯ／ジルコニウム含有酸化物とは、ＮｉＯとジルコニウム含有酸化物とが、所定の比率で均一に混合されたものを意味する。また、ＮｉＯ／セリウム含有酸化物とは、ＮｉＯとセリウム含有酸化物とが、所定の比率で均一に混合されたものを意味する。ＮｉＯ／ジルコニウム含有酸化物のジルコニウム含有酸化物としては、例えばＣａＯ、Ｙ_２Ｏ_３、Ｓｃ_２Ｏ_３のうちの１種以上をドープしたジルコニウム含有酸化物などが挙げられる。ＮｉＯ／セリウム含有酸化物のセリウム含有酸化物としては、一般式Ｃｅ_１−ｙＬｎ_ｙＯ_２（但し、ＬｎはＬａ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｓｃ、およびＹから選択されるいずれか１種以上の組み合わせであり、０．０５≦ｙ≦０．５０）などが挙げられる。なお、ＮｉＯは燃料雰囲気下で還元されてＮｉとなるため、前記酸化物はそれぞれＮｉ／ジルコニウム含有酸化物又はＮｉ／セリウム含有酸化物となる。

本発明において、燃料極は単層であっても、又は複層であっても良い。内側電極が複層の燃料極である場合の例としては、支持体側にＮｉ／ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）を用い、固体電解質側にＮｉ／ＧＤＣ（Ｇｄ_２Ｏ_３−ＣｅＯ_２）（すなわち、燃料極触媒層）を用いる。燃料極の好ましい厚さは１０〜２００μｍである。燃料極触媒層の好ましい厚さは０〜３０μｍである。

空気極
本発明において、空気極は、酸素を透過させるための多孔性、酸素を吸着させる又はイオン化する触媒活性（電極活性）、導電性、および酸化物イオン伝導性を有する。空気極の多孔性、導電性はそれぞれ集電層のそれより小さくてもよい。

このような空気極を構成する材料として、例えばＬａ_１−ｘＳｒ_ｘＣｏＯ_３（但し、ｘ＝０．１〜０．３）及びＬａＣｏ_１−ｘＮｉ_ｘＯ_３（但し、ｘ＝０．１〜０．６）などのランタンコバルト系酸化物、ＬａＳｒＦｅＯ_３系とＬａＳｒＣｏＯ_３系の固溶体であるランタンフェライト系酸化物（Ｌａ_１−ｍＳｒ_ｍＣｏ_１−ｎＦｅ_ｎＯ_３（但し、０．０５＜ｍ＜０．５０、０＜ｎ＜１））などが挙げられる。空気極は、単層であっても、又は複層であっても良い。外側電極が複層の空気極である場合の例としては、固体電解質側にＬａ_０．６Ｓｒ_０．４Ｃｏ_０．２Ｆｅ_０．８Ｏ_３（すなわち、空気極触媒層）を用い、最表層にＬａ_０．６Ｓｒ_０．４Ｃｏ_０．８Ｆｅ_０．２Ｏ_３（すなわち、空気極）を用いることができる。空気極の好ましい厚さは０．２〜３０μｍである。

固体電解質
本発明において、固体電解質は、酸化物イオン伝導性、ガスシール性、および電気絶縁性を有する。このような固体電解質を構成する材料として、ランタンガレート系酸化物、固溶種としてＹ、Ｃａ、およびＳｃから選択される１種以上を固溶した安定化ジルコニアなどが挙げられる。本発明において好適な固体電解質は、Ｓｒ及びＭｇがドープされたランタンガレート系酸化物であり、より好適には一般式Ｌａ_１−ａＳｒ_ａＧａ_{１−ｂ−ｃ}Ｍｇ_ｂＣｏ_ｃＯ_３−δ（但し、０．０５≦ａ≦０．３、０＜ｂ＜０．３、０≦ｃ≦０．１５、δは電荷中性条件を満たすように定まる値である）で表されるランタンガレート系酸化物（ＬＳＧＭ）である。ＬＳＧＭはＬａＧａＯ₃をベースにＬａサイトをＳｒで置換することで酸化物イオン伝導性を発現する。固体電解質は、単層であってもよく、又は複層であってもよい。固体電解質が複層である場合、例えば、燃料極とＬＳＧＭからなる固体電解質の間に、反応抑制層を設けることができる。反応抑制層の具体例としては、Ｌａを固溶させたセリア（Ｃｅ_１−ｘＬａ_ｘＯ_２（但し、０．３＜ｘ＜０．５））が挙げられる。好適には、Ｃｅ_０．６Ｌａ_０．４Ｏ_２である。固体電解質の好ましい厚さは５〜６０μｍである。また、反応抑制層の好ましい厚さは０〜２０μｍである。

集電層
本発明による固体酸化物形燃料電池セルスタックは、外側電極とインターコネクタとを電気的に接続する集電層を有してなる。この集電層は、ガス（酸素）透過性、および空気極より発生した電子をスムーズに流通するための導電性を有する。本発明において、外側電極が空気極である場合、集電層はＡｇやＰｔなどの貴金属を含有する導電性ペーストや、Ｌａ_０．６Ｓｒ_０．４Ｃｏ_０．８Ｆｅ_０．２Ｏ_３−δなどの導電性酸化物を含有するペーストを焼き付けることにより形成できる。また、外側電極が燃料極である場合、集電層は還元されて導電性が得られる、ＮｉＯもしくはＮｉなどの金属酸化物、または金属を含有するペーストを焼き付けることにより形成できる。また、集電層は、ガス透過性を得るために多孔質またはメッシュなどの構造であることが好ましい。集電層の好ましい厚さは１０〜２００μｍである。

インターコネクタ
（組成）
本発明による固体酸化物形燃料電池セルスタックが有してなるインターコネクタは、複数の発電素子のうちの隣接する一方の発電素子の空気極と、他方の発電素子の燃料極とを電気的に接続する。このインターコネクタは、セラミックからなるセラミックインターコネクタであることが好ましい。

インターコネクタは、一般式Ｓｒ_ａＬａ_ｂＴｉ_{１−ｃ−ｄ}Ａ_ｃＢ_ｄＯ_３−δ（ただし、ＡはＮｂ、ＶおよびＴａから選択される１種以上の元素であり、ＢはＦｅおよびＣｏから選択される１種以上の元素であり；ａ、ｂ、ｃおよびｄは、０．１≦ａ≦０．８、０．１≦ｂ≦０．８、０．１≦ｃ≦０．３、０．３≦ｄ≦０．６を満たす正の実数である。）で表されるペロブスカイト型酸化物からなるものであることが好ましい。ここで、「からなる」とは、インターコネクタの主成分が前記一般式Ｓｒ_ａＬａ_ｂＴｉ_{１−ｃ−ｄ}Ａ_ｃＢ_ｄＯ_３−δで表されるペロブスカイト型酸化物であることを意味する。すなわち、インターコネクタがその他の成分、例えば後述する拡散元素を含むものである態様を除外するものではない。換言すると、インターコネクタは前記一般式Ｓｒ_ａＬａ_ｂＴｉ_{１−ｃ−ｄ}Ａ_ｃＢ_ｄＯ_３−δで表されるペロブスカイト型酸化物を主成分として含んでなるものである。主成分とは、インターコネクタにおいて、前記前記一般式Ｓｒ_ｘＬａ_ｙＴｉＯ_３−δで表されるペロブスカイト型酸化物が８０ｍｏｌ％以上含まれていることを意味する。好ましくは９０ｍｏｌ％以上、さらに好ましくは９５ｍｏｌ％以上含まれている。さらにより好ましくは、インターコネクタは前記ペロブスカイト型酸化物のみからなる。ＳｒおよびＬａの組成比は、０．１≦ａ≦０．８、０．１≦ｂ≦０．８の範囲で、酸素量（３−δ）が３．００以下となる組成で構成されるのが好ましい。これにより、気孔率が低い、緻密な膜を得ることができる。また、安定なペロブスカイト構造を保つことができ、Ｌａ_２Ｔｉ_２Ｏ_７のような不純物相が生成されず、焼結阻害による緻密性不良を起こさない。

本発明の好ましい態様によれば、前記一般式で表されるペロブスカイト型酸化物において、ＳｒおよびＬａの各組成比が、酸素量が２．９５以上３．００以下である。酸素量が２．９５以上であることにより、安定なペロブスカイト構造を保つことができ、ＴｉＯ_２のような不純物相が生成されず、焼結阻害による緻密性不良を起こさない。

本発明の好ましい態様によれば、前記一般式で表されるペロブスカイト型酸化物において、元素Ａおよび元素Ｂの各組成比は、０．１≦ｃ≦０．３、０．３≦ｄ≦０．６である。Ｔｉの組成比は１−ｃ−ｄで求められる。

本発明の好ましい態様によれば、前記一般式で表されるペロブスカイト型酸化物において、ＳｒおよびＬａの各組成比は、０．２≦ａ≦０．５、０．４≦ｂ≦０．７である。さらに好ましくは０．２９≦ａ≦０．４、０．５≦ｂ≦０．６である。これにより、気孔率が低く、緻密なインターコネクタを形成することが可能となる。

本発明の好ましい態様によれば、前記一般式で表されるペロブスカイト型酸化物において、元素Ａおよび元素Ｂの各組成比が、０．１≦ｃ≦０．２５、０．３≦ｄ≦０．５である。

本発明のより好ましい態様によれば、前記一般式で表されるペロブスカイト型酸化物において、元素ＡはＮｂであり、元素ＢはＦｅである。この態様において、インターコネクタは、導電キャリアとしてＳＬＴのＴｉサイトがＦｅで置換されている。よって、導電性が向上する。Ｆｅで置換されたＳＬＴは、ＴｉサイトがＦｅで置換されることにより酸素欠損が生じ、酸化物イオン伝導性が発現してしまう傾向がある。しかし、本発明を構成するインターコネクタは、Ｆｅで置換されたＳＬＴのＴｉサイトに４価のＴｉよりも原子価が高い５価のＮｂがさらに置換されているため、酸素欠損による酸化物イオン伝導性の発現を抑制することができる。つまり、ＳＬＴのＴｉサイトをＦｅで置換することで導電性が向上し、さらにＦｅで置換されたＳＬＴのＴｉサイトをＮｂで置換することで酸化物イオン伝導性の発現を抑制することにより、導電性と酸化物イオン絶縁性とを両立できるインターコネクタを得ることができる。

また、上記態様において、インターコネクタは、Ｆｅの組成比が特定の範囲に制御されている。つまり、Ｆｅの組成比が上述のｄの範囲を満たすことが好ましい。これにより、焼成時における固体電解質への元素拡散を制御しつつ、固体電解質との良好な密着性と、良好な導電性とを両立している。さらに、ＮｂとＦｅの組成比を特定の範囲とすることが好ましい。つまり、ＮｂとＦｅの組成比が上述のｃとｄの範囲を満たすことが好ましい。これにより、一層優れた固体電解質との密着性および導電性を実現している。

本発明において、インターコネクタは、例えば焼成時に他の部材、すなわち燃料極、空気極および固体電解質等からインターコネクタに拡散される元素を不可避成分として含んでいても良い。このような元素としては、Ｎｉ、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｓｒ、Ｇａ、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｆｅなどが挙げられる。拡散する元素の量は、各部材の構成材料、結晶構造、焼成温度、焼成の態様（例えば、逐次焼成や共焼成）などに応じて変化する。

（気孔率）
本発明において、インターコネクタの気孔率は１％以下であることが好ましく、０．１％以下であることがさらに好ましい。また、０％以上であることが好ましい。これによりインターコネクタのガスシール性を確保し、固体酸化物形燃料電池セルスタックの発電効率を向上させることが可能となる。気孔率の測定は、以下の方法を用いて行うことができる。

＜ＳＥＭ画像から得る方法＞
作製した固体酸化物形燃料電池セルスタックからインターコネクタを含むように切り出し、このインターコネクタを走査型電子顕微鏡（例えば日立製作所製Ｓ−４１００）により、加速電圧１５ｋＶ、２次電子画像、倍率１００〜１００００倍で観察し、ＳＥＭ画像を得る。このＳＥＭ画像を画像処理ソフト（例えばＷｉｎｒｏｏｆｖｅｒ６.５．１、ＭＩＴＡＮＩ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ社製）によって評価する。これにより、横軸が輝度、縦軸が出現頻度であるヒストグラムを得る。このヒストグラムにおいて、輝度の最小値と最大値の平均値より輝度が低い領域を低輝度領域、平均値より輝度が高い領域を高輝度領域とする。この低輝度領域を気孔と判定し、気孔以外の高輝度領域をインターコネクタと判定することで２値化処理する。その後、下記式から気孔率を得ることができる。
気孔率（％）＝低輝度領域の積分値÷全体の出現頻度の積分値×１００

本発明において、インターコネクタが上記方法によって得られる所望の気孔率を有するものであることを確認するために、以下の方法により求められる気孔率を一つの指標とすることができる。

＜アルキメデス法にて測定して得る方法＞
インターコネクタの原料粉末を９００ｋｇｆ／ｃｍ^２の荷重にて一軸プレスし、１３００℃で２時間、大気雰囲気下で焼成することにより試験片を得る。この試験片をＪＩＳ Ｒ １６３４の規定に基づき、アルキメデス法により測定し、気孔率を得る。

（導電性）
本発明において、インターコネクタは、７００℃大気雰囲気下での導電率が０．０５Ｓ／ｃｍ以上であることが好ましく、より好ましくは０．１Ｓ／ｃｍ以上である。導電率は高ければ高いほど良いため上限は無いが、好ましくは０．１６Ｓ／ｃｍ以下である。これによりインターコネクタの導電性を向上させ、固体酸化物形燃料電池セルスタックの発電性能を向上させることが可能となる。導電率は以下の方法により測定することができる。すなわち、導電率を測定するための試験片を、インターコネクタの原料粉末を９００ｋｇｆ／ｃｍ^２の荷重にて一軸プレスして、１３００℃で２時間、大気雰囲気下で焼成することにより作製する。この試験片の導電率をＪＩＳ Ｒ １６５０−２の規定に基づき、直流４端子法によって、大気雰囲気下７００℃で測定する。

本発明において、固体電解質およびインターコネクタの双方がストロンチウムを含むのが好ましい。本発明において、インターコネクタに含まれるストロンチウム量の方が固体電解質に含まれるストロンチウム量よりも多いことがさらに好ましい。すなわち、固体電解質に含まれるストロンチウム量はインターコネクタに含まれるストロンチウム量よりも少ないことがさらに好ましい。インターコネクタにおいて、前記一般式で表されるペロブスカイト型酸化物は、酸素を除いた元素換算で、組成中にストロンチウムを３０ｍｏｌ％以上５０ｍｏｌ％以下含むことが好ましい。固体電解質は、酸素を除いた元素換算で、組成中にストロンチウムを１５ｍｏｌ％以下含むことが好ましく、２．５ｍｏｌ％以上１５ｍｏｌ％以下含むことがより好ましい。すなわち、上述したように固体電解質は、一般式Ｌａ_１−ａＳｒ_aＧａ_{１−ｂ−ｃ}Ｍｇ_ｂＣｏ_ｃＯ_３−δ（但し、０．０５≦ａ≦０．３、０＜ｂ＜０．３、０≦ｃ≦０．１５、δは電荷中性条件を満たすように定まる値である）で表されるランタンガレート系酸化物（ＬＳＧＭ）を含んでなることが好ましい。

（厚み）
本発明において、インターコネクタの好ましい厚みは５μｍ以上５０μｍ以下である。

絶縁部
本発明において、絶縁部は絶縁性を有するものである。絶縁性とは、電気的絶縁性および酸化物イオン絶縁性を有することを意味する。具体的には、７００℃大気雰囲気下での導電率が０．００１Ｓ／ｃｍ以下であり、かつ酸化物イオン絶縁性を有することを意味する。導電率は上述した方法により測定することができる。絶縁部は、Ｓｒ_ｘＬａ_ｙＴｉＯ_３−δ（ただし、ｘおよびｙは、０．８≦ｘ＋ｙ≦１．０、および０≦ｙ≦０．０１を満たす実数である。）、ＴｉＯ_２、フォルステライト（Ｍｇ₂ＳｉＯ₄）、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２およびＹ_２Ｏ_３から選択される１種以上を含んでなるものが好ましい。さらに好ましい材料として、Ｓｒ_ｘＬａ_ｙＴｉＯ_３−δ（ただし、ｘおよびｙは、０．８≦ｘ＋ｙ≦１．０、および０≦ｙ≦０．０１を満たす実数である。）またはフォルステライトが挙げられる。

固体酸化物形燃料電池セルスタックの構造
図１は、本発明の一つの態様として、横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタックを示す正面図である。横縞型固体酸化物形燃料電池セルスタック２１０は、支持体２０１に１３個の発電素子１０が直列に接続されている。

図２は、本発明による固体酸化物形燃料電池セルスタック２１０の一つの態様を示す模式図であり、固体酸化物形燃料電池セルスタックにおいて発電素子１０近傍を示す。図２では、内側電極を燃料極としたタイプについて示す。図２に示すように、固体酸化物形燃料電池セルスタック２１０は、支持体２０１と、（第一／第二）燃料極２０２（すなわち、燃料極層２０２ａと燃料極触媒層２０２ｂ）と、（第一／第二）固体電解質２０３（すなわち、反応抑制層２０３ａと固体電解質層２０３ｂ）と、空気極２０４と、集電層２０５と、インターコネクタ２０６とから構成されている。ここで、（第一／第二）とは、単層又は二層であって、二層の場合は第一層と第二層とを有することを意味する。

図３は、本発明による固体酸化物形燃料電池セルスタックの好ましい態様の一つである。隣接する一方の発電素子の燃料極３０２と他方の発電素子の燃料極３０２との間に、一方の発電素子の固体電解質３０４が設けられている。さらに、隣接する一方の発電素子の固体電解質３０４の上であって、かつ、一方の発電素子の空気極３０６と当該固体電解質３０４との間に絶縁部３０５が設けられている。このような構成により、隣接する一方の発電素子の空気極３０６と一方の発電素子の固体電解質３０４とが接触して発生する酸化物イオンのリークを防止することができるため、逆電池の形成を抑制することができる。

本発明の好ましい態様によれば、固体酸化物形燃料電池セルスタックは、一方の発電素子の固体電解質の厚み（Ｌ）と、前記絶縁部と当該固体電解質との接合距離（Ｌ’）とが、Ｌ’／Ｌ≧２の関係を満たす。また、絶縁部は、一方の発電素子の発電性能に影響を与えないようにするために、一方の発電素子の燃料極の上には形成しないようにするのが好ましい。Ｌ’／Ｌ≦５０の関係を満たすのがさらに好ましい。これにより、高い発電性能を得ることができる。なお、絶縁部と固体電解質との接合距離とは、絶縁部と固体電解質とが接合している部分の長さを意味する。接合とは、隙間がなく接触し、密着していることを意味する。接合距離と厚みは、以下の方法で求めることができる。まず、作製した固体酸化物形燃料電池セルスタックを断面が隣接する一方の発電素子と他方の発電素子とが含まれるように切断する。そして、この断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で１〜１００倍の任意の倍率にて３回観察し、得られた接合距離の最大値と最小値を足して２で割ることで求めることができる。厚みも同様の方法で求めることができる。

本発明の好ましい態様によれば、固体酸化物形燃料電池セルスタックは、インターコネクタの表面の一部が一方の発電素子の空気極で覆われている。これにより一方の発電素子の空気極と他方の発電素子の固体電解質が接触していないため、逆電池が発生しない。よって、発電素子の発電出力を向上させることが可能となる。本発明において、より好ましくは、インターコネクタの表面全体が一方の発電素子の空気極で覆われている。これにより、インターコネクタと空気極との接触面積を大きくすることができる。その結果、インターコネクタの導電面積を大きくすることができるため、導電性を高めることができる。よって、発電素子の発電出力を向上させることができる。インターコネクタの全体を覆う場合は、一方の発電素子の空気極と他方の発電素子の固体電解質は接しないようにする。

固体酸化物形燃料電池セルスタックの製造方法
本発明による固体酸化物形燃料電池セルスタックの製造方法は、特定のものに限定されるものではない。本発明による固体酸化物形燃料電池セルスタックは、例えば、以下のようにして製造される。なお、以下の説明においては、内側電極が燃料極であり、外側電極が空気極である場合を例として説明する。

支持体は例えば以下のように作製することができる。先ず、原料粉体に、溶媒（水、アルコールなど）を添加して坏土を作製する。このとき、任意成分として、分散剤、バインダー、消泡剤もしくは造孔剤またはこれらの組合せ等を添加してもよい。坏土の成形には、シート成形法、プレス成形法、押出成形法などが用いられるが、内部にガス流路が形成される支持体を成形する場合は、押出成形法を用いるのが好ましい。複層の支持体を成形する場合は、複層を一体的に押出成形する多層押出成形の他、上層をコーティングや印刷により成形する方法を用いることもできる。コーティング方法の具体例としては、原料スラリーをコーティングするスラリーコート法、テープキャスティング法、ドクターブレード法、転写法などが挙げられる。印刷方法の具体例としては、スクリーン印刷法やインクジェット印刷方法などが挙げられる。次いで、作製した坏土を成形し、乾燥して支持体前駆体を得る。この支持体前駆体は、好ましくは、次いで仮焼（８００℃以上１１００℃未満）して多孔質な支持体の仮焼体を得て、その後支持体の仮焼体を、単独で焼成して支持体を得てもよく、又は、少なくとも燃料極等と共に焼成して支持体を得てもよい。焼成温度は、１１００℃以上１４００℃未満が好ましい。

インターコネクタおよび絶縁部は例えば以下のように作製することができる。まず、各原料粉末を作製する。原料粉末の作製は、例えば固相法により行うことができる。すなわち、原料となる金属酸化物の粉末を所望の組成比となるように秤量し、溶液中で混合した後に溶媒を除去して得られた粉末を、例えば１１５０℃で焼成、そして粉砕して原料粉末を作製する。この原料粉末に、溶媒（水、アルコールなど）、必要に応じて分散剤、バインダー等の成形助剤を添加して、スラリー又はペーストを作製する。このスラリー又はペーストをコーティングし、乾燥（８０℃以上１１００℃以下、好ましくは３００℃以上１１００℃以下）することで得られる乾燥被膜を形成した後、焼成（１１００℃以上１４００℃未満、好ましくは１２５０℃以上１４００℃未満）することによってインターコネクタおよび絶縁部を得ることができる。コーティングは、既に説明したのと同様の方法を用いることができる。あるいは、各乾燥被膜は、予め転写シートとして形成し、転写フィルムを被積層体に貼り付けることにより設けても良い。

燃料極、固体電解質および空気極は例えば以下のように作製することができる。各原料粉末に、溶媒（水、アルコールなど）、必要に応じて分散剤、バインダー等の成形助剤を添加して、スラリー又はペーストを作製する。このスラリー又はペーストをコーティングし、乾燥（８０℃以上１１００℃以下、好ましくは３００℃以上１１００℃以下）することで得られる乾燥被膜を形成した後、焼成（１１００℃以上１４００℃未満、好ましくは１２５０℃以上１４００℃未満）することによって燃料極、固体電解質および空気極を得ることができる。コーティングは、既に説明したのと同様の方法を用いることができる。あるいは、各乾燥被膜は、予め転写シートとして形成し、転写フィルムを被積層体に貼り付けることにより設けても良い。

本発明の製造方法の好ましい態様によれば、焼成は、各層を形成する都度行うことが好ましい。つまり、本態様によれば、支持体又はその仮焼体の表面に、燃料極の乾燥被膜を形成後、焼成して燃料極を形成する工程と、固体電解質の乾燥被膜を形成後、焼成して固体電解質を形成する工程と、インターコネクタおよび絶縁部の乾燥被膜を形成後、焼成してインターコネクタおよび絶縁部を形成する工程と、空気極の乾燥被膜を形成後、焼成して空気極を形成する工程とを少なくとも含んでなる。また、集電層の形成は、空気極の形成後に行う。

本発明の製造方法の別の好ましい態様によれば、支持体又はその仮焼体を作製し、支持体又はその仮焼体の表面に燃料極の乾燥被膜を形成し、固体電解質の乾燥被膜を形成し、支持体、燃料極および固体電解質の乾燥被膜からなる積層成形体を共焼成（１２５０℃以上１４００℃未満）し、その後インターコネクタおよび絶縁部の乾燥被膜を形成し、これらを共焼成（１２５０℃以上１４００℃未満）し、さらに、空気極の乾燥被膜を形成し、そしてこれら全体を焼成することを含んでなる。

本発明による製造方法の上記態様にあっては、インターコネクタおよび絶縁部を一度に焼成する共焼成を行っている。この態様にあっては、固体電解質やインターコネクタがドーパントの拡散等により変性しないように、焼成は酸化雰囲気下で行なうことが好ましい。より好適には、空気と酸素の混合ガスを用い、酸素濃度は２０質量％以上３０質量％以下の雰囲気で焼成を行う。

本発明による製造方法の上記態様にあっては、インターコネクタおよび絶縁部を共焼成した際、これらの間で元素の相互拡散が起こるものと考えられる。そのメカニズムは以下のように考えられるが、本発明はこれに限定されるものではない。インターコネクタと絶縁部とを接触させて焼成することで、インターコネクタおよび絶縁部に含まれる元素が濃度勾配を駆動力として濃度が高い方から低い方へ熱拡散する。これにより、インターコネクタと絶縁部とは、これらの接合部において強く密着し、とりわけ接合部近傍では両者の原料組成の範囲内で組成勾配を有する一体的な焼成体が形成される。すなわち、インターコネクタのガスシール性および導電性、ならびに絶縁部の絶縁性に優れた固体酸化物形燃料電池セルスタックを得ることができる。

本発明の製造方法の好ましい態様によれば、インターコネクタ、絶縁部および固体電解質が共焼成（１２５０℃以上１４００℃未満）により得られることが好ましい。焼成時において、インターコネクタに含まれている元素と絶縁部に含まれている元素と固体電解質に含まれている元素とが相互に拡散し合う。すなわち、インターコネクタに含まれている元素と絶縁部に含まれている元素と固体電解質に含まれている元素とが同じ場合、相互に拡散し合う。このような元素としては、ストロンチウムやランタンが挙げられる。これにより、インターコネクタ、絶縁部および固体電解質の密着性を向上することができる。

本発明を以下の実施例および比較例に基づいて具体的に説明するが、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。

実施例１
（支持体用坏土Ａの作製）
高純度フォルステライト（０．０５質量％のＣａＯを含むＭｇ_２ＳｉＯ_４）原料粉末を平均粒子径が０．７μｍとなるよう調節した。この粉末１００重量部と、溶媒（水）２０重量部、バインダー（メチルセルロース）８重量部、潤滑剤０．５重量部、及び造孔剤（平均粒子径５μｍのアクリル系樹脂粒子）１５重量部とを高速ミキサーで混合後、混練機（ニーダー）で混練し、真空土練装置で脱気し、押し出し成形用の坏土を調製した。ここで、平均粒子径はＪＩＳ Ｒ１６２９の規定に基づき測定し、５０％径にて示した値である（以下同様）。

（燃料極層用スラリーの作製）
ＮｉＯ粉末と１０ＹＳＺ（１０ｍｏｌ％Ｙ_２Ｏ_３−９０ｍｏｌ％ＺｒＯ_２）粉末とを重量比６５：３５で湿式混合し、乾燥粉末を得た。得られた乾燥粉末の平均粒子径は０．７μｍとなるよう調節した。この粉末１５０重量部と、溶媒（カルビトール）１００重量部、バインダー（可溶性高分子）６重量部、分散剤（ノニオン性界面活性剤）２重量部、及び消泡剤（有機高分子系）２重量部とを混合した後、十分攪拌してスラリーを調製した。

（燃料極触媒層用スラリーの作製）
ＮｉＯ粉末とＧＤＣ１０（１０ｍｏｌ％ＧｄＯ_１．５−９０ｍｏｌ％ＣｅＯ_２）粉末との混合物を共沈法で作製後、熱処理を行い、燃料極触媒層用粉末を得た。ＮｉＯ粉末とＧＤＣ１０粉末の混合比は重量比で５０／５０とした。得られた燃料極触媒層用粉末の平均粒子径は０．５μｍとなるよう調節した。この粉末１００重量部と、溶媒（カルビトール）１００重量部、バインダー（可溶性高分子）５重量部、分散剤（ノニオン性界面活性剤）２重量部、及び消泡剤（有機高分子系）２重量部とを混合した後、十分攪拌してスラリーを調製した。

（反応抑制層用スラリーの作製）
反応抑制層の材料として、セリウム系複合酸化物ＬＤＣ４０（４０ｍｏｌ％ＬａＯ_１．５−６０ｍｏｌ％ＣｅＯ_２）の粉末５０重量部を用いた。この材料粉末に、焼結助剤としてＧａ_２Ｏ_３粉末０．０４重量部を混合し、さらに溶媒（カルビトール）１００重量部、バインダー（可溶性高分子）４重量部、分散剤（ノニオン性界面活性剤）１重量部、及び消泡剤（有機高分子系）１重量部を混合した後、十分攪拌してスラリーを調製した。

（固体電解質用スラリーの作製）
固体電解質の材料として、Ｌａ_０．９Ｓｒ_０．１Ｇａ_０．８Ｍｇ_０．２Ｏ_３の組成のＬＳＧＭ粉末を用いた。このＬＳＧＭ粉末５０重量部を、溶媒（カルビトール）１００重量部、バインダー（可溶性高分子）４重量部、分散剤（ノニオン性界面活性剤）１重量部、及び消泡剤（有機高分子系）１重量部と混合した後、十分攪拌してスラリーを調製した。

（空気極用スラリーの作製）
空気極の材料として、Ｌａ_０．６Ｓｒ_０．４Ｃｏ_０．2Ｆｅ_０．8Ｏ_３の組成の粉末を用いた。この粉末４０重量部を、溶媒（カルビトール）１００重量部、バインダー（可溶性高分子）２重量部、分散剤（ノニオン性界面活性剤）１重量部、及び消泡剤（有機高分子系）１重量部と混合した後、十分攪拌してスラリーを調製した。

（インターコネクタ用原料粉末の作製）
インターコネクタ用原料粉末の作製は、固相法により行った。ストロンチウムとランタンとチタンとニオブと鉄とが、Ｓｒ_０．３７Ｌａ_０．５５Ｔi_０．４０Ｎｂ_０．１０Ｆｅ_０．５０Ｏ_３−δに示されるペロブスカイト型酸化物の組成比となるように、原料となる金属酸化物の粉末を秤量し、溶液中で混合した。その後、溶媒を除去して得られた粉末を、１１５０℃で焼成、そして粉砕してインターコネクタ用原料粉末を作製した。

（インターコネクタ用スラリーの作製）
作製したＳｒ_０．３７Ｌａ_０．５５Ｔi_０．４０Ｎｂ_０．１０Ｆｅ_０．５０Ｏ_３−δの組成のインターコネクタ用原料粉末４０重量部を、溶媒（カルビトール）１００重量部、バインダー（可溶性高分子）４重量部、分散剤（ノニオン性界面活性剤）１重量部、及び消泡剤（有機高分子系）１重量部と混合した後、十分攪拌してスラリーを調製した。

（絶縁部用原料粉末の作製）
絶縁部用原料粉末の作製は、固相法により行った。ストロンチウムとランタンとチタンとが、Ｓｒ_０．９２Ｌａ_０．０１ＴiＯ_３-δに示されるペロブスカイト型酸化物の組成比となるように、原料となる金属酸化物の粉末を秤量し、溶液中で混合した後に溶媒を除去して得られた粉末を、１１５０℃で焼成、そして粉砕して絶縁部用原料粉末を作製した。

（絶縁部用スラリーの作製）
作製したＳｒ_０．９２Ｌａ_０．０１ＴiＯ_３-δの組成の絶縁部用原料粉末４０重量部を溶媒（カルビトール）１００重量部、バインダー（可溶性高分子）４重量部、分散剤（ノニオン性界面活性剤）１重量部、及び消泡剤（有機高分子系）１重量部と混合した後、十分攪拌してスラリーを調製した。

（固体酸化物形燃料電池セルスタックの作製）
上記のようにして得られた坏土および各スラリーを用いて、以下の方法で固体酸化物形燃料電池セルスタックを作製した。

多孔質である支持体用坏土Ａから押出し成形法によって円筒状成形体を作製した。室温で乾燥した後、１１００℃で２時間熱処理して支持体の仮焼体を作製した。この支持体表面に、スラリーコート法により燃料極、燃料極触媒層、反応抑制層、固体電解質の順番で成膜し、乾燥させて乾燥被膜が積層された積層成形体を得た。この積層成形体を１３００℃で２時間共焼成した。

次に、インターコネクタおよび絶縁部をスラリーコート法により成膜した。これらを１２５０℃で２時間焼成した。このときのＬ’／Ｌは１０となるよう成膜した。

次に、固体電解質の表面に、インターコネクタの表面全体を覆いかつ絶縁部に接触するように空気極を成形し、１１００℃で２時間焼成し、固体酸化物形燃料電池セルスタックを作製した。なお、支持体は、共焼成後の寸法で、外径１０ｍｍ、肉厚１ｍｍとした。作製した固体酸化物形燃料電池セルスタックは、燃料極の厚さが１００μｍであり、燃料極触媒層の厚さが１０μｍであり、反応抑制層の厚みが１０μｍであり、固体電解質の厚みが３０μｍであり、空気極の厚みが２０μｍであり、インターコネクタの厚みが１５μｍであり、絶縁部の厚みが１５μｍであった。また、支持体の外径は成膜していない個所をマイクロメータで測定した。各部材の厚みは作製したセルスタックのセルを切断して、断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で３０〜２０００倍の任意の倍率にて３回観察し、得られた接合距離の最大値と最小値を足して２で割ったものである。切断箇所は空気極を成膜した部分の中央部とした。また、得られた固体酸化物形燃料電池セルスタックについて、以下の各評価を行った。結果を表１に示す。

実施例２
実施例１に対して、Ｌ’／Ｌを５０とした以外は同様に行い、固体酸化物形燃料電池セルスタックを得た。得られた固体酸化物形燃料電池セルスタックについて、以下の各評価を行った。結果を表１に示す。

実施例３
実施例１に対して、Ｌ’／Ｌを２とした以外は同様に行い、固体酸化物形燃料電池セルスタックを得た。得られた固体酸化物形燃料電池セルスタックについて、以下の各評価を行った。結果を表１に示す。

実施例４
実施例１に対して、Ｌ’／Ｌを１とした以外は同様に行い、固体酸化物形燃料電池セルスタックを得た。得られた固体酸化物形燃料電池セルスタックについて、以下の各評価を行った。結果を表１に示す。

実施例５
実施例２に対して、絶縁部用原料粉末としてＭｇ_２ＳｉＯ_４を用いた以外は同様に行い、固体酸化物形燃料電池セルスタックを得た。得られた固体酸化物形燃料電池セルスタックについて、以下の各評価を行った。結果を表１に示す。

実施例６
実施例１に対して、絶縁部用原料粉末としてＭｇ_２ＳｉＯ_４を用いた以外は同様に行い、固体酸化物形燃料電池セルスタックを得た。得られた固体酸化物形燃料電池セルスタックについて、以下の各評価を行った。結果を表１に示す。

実施例７
実施例３に対して、絶縁部用原料粉末としてＭｇ_２ＳｉＯ_４を用いた以外は同様に行い、固体酸化物形燃料電池セルスタックを得た。得られた固体酸化物形燃料電池セルスタックについて、以下の各評価を行った。結果を表１に示す。

比較例１
実施例１に対して、絶縁部を設けず、Ｌ’／Ｌを０とした以外は同様に行い、固体酸化物形燃料電池セルスタックを得た。得られた固体酸化物形燃料電池セルスタックについて、以下の各評価を行った。結果を表１に示す。

評価
（ＬおよびＬ’）
得られた固体酸化物形燃料電池セルスタックからＬおよびＬ’の長さを求めた。Ｌは固体電解質の厚みであり、作製した固体酸化物形燃料電池セルスタックを切断して、断面をＳＥＭで３０〜２０００倍の任意の倍率にて観察し、得られた厚みの最大値と最小値を足して２で割って求めた。Ｌ’は絶縁部と固体電解質とが接している接合距離であり、作製した固体酸化物形燃料電池セルスタックを切断して、断面をＳＥＭで３０〜２０００倍の任意の倍率にて観察し、得られた接合距離の最大値と最小値を足して２で割って求めた。結果を表１に示す。

（ＯＣＶの測定）
得られた固体酸化物形燃料電池セルスタックを用いて、発電試験を行った。燃料極側の集電は、燃料極の露出部に集電金属を銀ペーストで張り合わせて焼き付けた。空気極側の集電は、隣接する燃料極の露出部に集電金属を銀ペーストで張り合わせて焼き付けた。

以下の発電条件で発電試験を行い、運転０時間後の起電力；ＯＣＶ（Ｖ）を測定した。結果を表１に示す。
燃料ガス：（Ｈ_２＋３％Ｈ_２Ｏ）とＮ_２の混合ガス（混合比はＨ_２：Ｎ_２＝７：４（ｖｏｌ：ｖｏｌ））
酸化ガス：空気
運転温度：７００℃

（限界燃料利用率の測定）
上述の発電試験の条件において、電流密度０．４Ａ／ｃｍ^２にて通電し発電試験を行った。その後、燃料ガスの供給量を徐々に減らし、電位が急降下する直前の水素供給量を測定し、次式から限界燃料利用率を算出した。結果を表１に示す。
限界燃料利用率＝（発電に使用される水素量）／（電位が急降下する直前の水素供給量）×１００
なお、発電に使用される水素量は、電流量（Ｃ／ｓ）×６０（ｓ）×２２．４（Ｌ／ｍｏｌ）÷ファラデー定数（Ｃ／ｍｏｌ）×１／２（価数）×発電素子数で求められる。

（端子電圧の測定）
以下の発電条件において、燃料極と隣の燃料極に電位線、電流線を接続することにより、端子間の電圧を測定した。結果を表１に示す。
燃料ガス ：（Ｈ_２＋３％Ｈ_２Ｏ）とＮ_２の混合ガス（混合比はＨ_２：Ｎ_２＝７：４（ｖｏｌ：ｖｏｌ））
燃料利用率：７％
酸化ガス ：空気
運転温度 ：７００℃
電流密度 ：０．４Ａ／ｃｍ^２

１０：発電素子、２１０：固体酸化物形燃料電池セルスタック、３０１：支持体、３０２：燃料極、３０３：インターコネクタ、３０４：固体電解質、３０５：絶縁部、３０６：空気極

Claims (5)

1. 支持体と、
   当該支持体の表面に、燃料極、固体電解質および空気極が少なくとも順次積層されてなる複数の発電素子と、
   前記複数の発電素子のうちの隣接する一方の発電素子の空気極と、他方の発電素子の燃料極とを電気的に接続するインターコネクタと
   を少なくとも有し、前記複数の発電素子が直列に接続されてなる固体酸化物形燃料電池セルスタックであって、
   一方の発電素子の燃料極と前記他方の発電素子の燃料極との間に、一方の発電素子の固体電解質が設けられてなり、
   前記一方の発電素子の固体電解質の上であって、かつ、前記一方の発電素子の空気極と当該固体電解質との間に絶縁部が設けられてなる、固体酸化物形燃料電池セルスタック。
2. 前記一方の発電素子の固体電解質の厚み（Ｌ）と、前記絶縁部と当該固体電解質との接合距離（Ｌ’）とが、Ｌ’／Ｌ≧２の関係を満たすことを特徴とする、請求項１に記載の固体酸化物形燃料電池セルスタック。
3. 前記インターコネクタの表面が前記一方の発電素子の空気極で覆われている、請求項１または２に記載の固体酸化物形燃料電池セルスタック。
4. 前記インターコネクタが、Ｓｒ_ａＬａ_ｂＴｉ_{１−ｃ−ｄ}Ａ_ｃＢ_ｄＯ_３−δ（ただし、ＡはＮｂ、ＶおよびＴａから選択される１種以上の元素であり、ＢはＦｅおよびＣｏから選択される１種以上の元素であり；ａ、ｂ、ｃおよびｄは、０．１≦ａ≦０．８、０．１≦ｂ≦０．８、０．１≦ｃ≦０．３、０．３≦ｄ≦０．６を満たす正の実数である。）で表されるペロブスカイト型酸化物からなるものである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の固体酸化物形燃料電池セルスタック。
5. 前記絶縁部が、Ｓｒ_ｘＬａ_ｙＴｉＯ_３−δ（ただし、ｘおよびｙは、０．８≦ｘ＋ｙ≦１．０、および０≦ｙ≦０．０１を満たす実数である。）、ＴｉＯ_２、フォルステライト（Ｍｇ₂ＳｉＯ₄）、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２およびＹ_２Ｏ_３から選択される１種以上を含んでなるものである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の固体酸化物形燃料電池セルスタック。

Images